Название проекта: №АР05133388 «Исследование и разработка широкой линейки перспективных водогрейных котлов тепловой мощностью от 0,63 МВт и до 145 МВт на природном газе, жидком и твердом топливе для собственного промышленного производства в Казахстане»
Руководитель: Профессор Академии Наук Республики Казахстан, профессор АУЭС, доктор технических наук, Орумбаев Рахимжан Кабиевич
Приоритетное направление: Энергетика и машиностроение
Цель проекта: разработать широкую линейку перспективных экономичных водогрейных котлов для работы на газе, жидком и твердом топливе с разработкой технической документации с применением современных программных продуктов 3D проектирования для организации серийного производства в Республике Казахстан котлов тепловой мощностью от 0,63 до 145 МВт.
НОУ-ХАУ: новые конструкции водогрейных котлов с максимальным использованием обратной стороны топочных экранов, с пониженной металлоемкостью и повышенной экономичностью для Казахстанского изготовления.
Актуальность и Научная новизна: На сегодняшний день в распределенной энергетике эксплуатируется огромное количество водогрейных котлов. Большая часть из них являются зарубежного производства и, как показала практика, требуют соблюдения определенных условий эксплуатации и специализированного ремонта. Длительное время практически не предпринимались попытки улучшить конструкции котлов и приблизить фактические показатели их работы к заявляемым проектным, в том числе и по тепловой мощности. Задача проекта в новых конструкциях получить долю радиационного теплосъема двусветными экранами до 72 % от общей тепловой мощности котлов, существенно сократить габаритные и весовые показатели водогрейного котла. Опыт работы новых водогрейных котлов в городе Алматы от 0,63 до 64 МВт делает предлагаемый Проект актуальным и своевременным.
Практическая значимость: Новые перспективные водогрейные котлы позволят поддерживать КПД (брутто) до 95 %, (до 85-90 % на угле), обеспечить эффективную работу в широком диапазоне нагрузок от 25 % до 115 % от номинальной. Использование обратной стороны цельносварных экранов позволяет увеличить коэффициент эффективности экранных труб почти в два раза по сравнению со старыми 0,37-0,39.
Ожидаемые результаты: Результатами выполнения НИР стали 16 полных комплектов водогрейных котлов в линейке мощности от 0,63 до 145 МВт: КВт-0,4, КСГн-0,63, КСГн-1,16, КСГн-2,32, КСГн-3,15 (3,48), КВГМ-4,65, КВГМ-5,8, КВГМ-7,56, КВГМ-10, КВГМ-11,6, КВР-15, КВГМ-23,2, КВР-29, КВГМ-30, КВГМ-50, КВГМ-145. Подготовлены основные технические документы (паспорт котла) и основные рабочие чертежи. Получены 12 патентов РК на изобретения и 4 Евразийских патента по новым конструкциям водогрейных котлов, топочных камер, и способу сжигания твердого топлива. Результаты отражены в научных статьях, в том числе в журналах баз КОКСОН, РИНЦ, Scopus. Подготовлены 2 учебных пособия и монографии.
Объекты внедрения: производство энергетического оборудования, малые и средние котельные, ТЭС с водогрейными котлами.
Перспективы внедрения: в котельных по Казахстану заменятся более 30 тысяч устаревших котлов по городам: Астана; Алматы (ТОО «АТКЭ») и область, Талдыкорган и область; Актюбинск и область; Аркалык; Караганда и область; Кентау; Кустанай и область; Павлодар и область на твердом топливе; Кокчетав, Щучинск, Боровое, Риддер; Рудный; Семипалатинск; Тараз; Уральск; Балхаш и военные городки и погранзаставы Министерства обороны, станции и полустанки Казахстанских железных дорог.
Потребители: Теплоснабжение социально значимых объектов, промышленных предприятий и воинских гарнизонов Минобороны Казахстана, а также работы проектных организаций.
Конкурентноспособность и коммерциализация: Реализация проекта позволит повысить конкурентоспособность отрасли, снизить импорт за счет собственного производства на 3,4 млрд. тенге, снизить вредные выбросы, повысить экономическую эффективность действующих котельных на 25 % за счет увеличения КПД на 3-5%, (угольных на 7-10%), повысить эксплуатационные характеристики водогрейных котлов. После модернизации или замены сотен водогрейных котлов, что равносильно замене порядка 35 % от всех малых котлов в коммунальной сфере РК ежегодный экономический эффект составит 2,1 млрд.тенге.
Сумма инвестиций: 2018-2020 гг. общая сумма грантового финансирования 27 000,0 тыс. тенге.
Наличие охранных документов: 4 Евразийских патента, 12 Патентов РК на изобретение.
Название макета: «Демонстрационная модель котла КВ-ГМ-7,56-95 со скоростным водо-водяным подогревателем»
Название проекта: АР№05132690 «Исследование методами математического моделирования и физического эксперимента инновационной пылеугольной горелки, предназначенной для повышения эффективности сжигания Экибастузского угля»
Руководитель: к.ф.-м.н. Шишкин Аркадий Александрович
Приоритетное направление: Энергетика и машиностроение
Цель проекта: повышение технико-экономической и экологической эффективности процесса сжигания высокозольного Экибастузского угля, с применением нового технологического решения в виде новой вихревой пылеугольной горелки.
НОУ-ХАУ: инновационная пылеугольная горелка по патенту авторов РК №27778
Актуальность и Научная новизна, Практическая значимость: будут выражены в более эффективном использовании топлива, в повышении эксплуатационной надежности горелки, в снижении образования и выбросов оксидов азота NOx при использовании нового горелочного устройства с повышением технико-экономической и экологической безопасности теплоэлектростанций, работающих на Экибастузском угле.
Ожидаемые результаты: Получены результаты по исследованию аэродинамической структуре закрученного струйного потока на выходе горелки нового конструктивного решения, защищенной инновационным патентом РК № 27778. Данные результаты включают распределение трех компонент вектора средней скорости в поперечных сечениях начального участка струи и турбулентные характеристики, и являются совершенно новыми, поскольку структура течения для грелки такого нового конструктивного решения ранее не была исследована. Выполнены эскизы и рабочие чертежи моделей новой горелки, а также разработана программа стендового экспериментального исследования.
Объекты внедрения: энергетика, теплоэнергетика, производство энергетического оборудования, теплоэлектростанции, работающие на высокозольных углях, в том числе и Экибастузских. Результаты применимы при разработке горелочного оборудования для угольных ТЭС.
Перспективы внедрения: разработка такого крупногабаритного технического устройства, как промышленная пылеугольная горелка, осуществляется в несколько этапов. По завершении данного первого этапа проекта необходимо продолжение его на этапе создания более укрупненного опытно-полупромышленного образца новой горелки с проведением его испытания на укрупненном огневом стенде в условиях, приближенных к промышленным условиям. После этого данная разработка переходит на этап создания опытного промышленного образца, который должен пройти промышленные испытания на натурном котле либо исследован методом математического моделирования применительно к условиям работы пылеугольных горелок на натурном котле.
Потребители: специалисты-разработчики с заводов топочно-горелочного оборудования для угольных электростанций, инженера, научные сотрудники, работающие в области теплоэнергетики.
Конкурентноспособность и коммерциализация: результаты могут служить основанием для рекомендации дальнейшего исследования данного варианта новой горелки, как более перспективного, в условиях огневого стенда и проведении испытаний на действующем котлоагрегате для определения уровня возможной коммерциализации.
Сумма инвестиций: 2018-2020 гг. общая сумма грантового финансирования 30 000,0 тыс. тенге.
Наличие охранных документов: Патент РК на изобретение №35538 «Золоулавливающее устройство».
Рисунок 1 — Продольное сечение горелки
(а) ( б)
(а) вид спереди, (б) вид с боку
Рисунок 2 — Поле скорости на выходе из горелки